(57)【要約】【課題】ファインピッチに加工した場合であっても、電極の欠陥、断線、剥離を生じないコンポジット圧電体およびそのコンポジット圧電体を用いたコンポジット圧電素子が望まれていた。【解決手段】本発明に係るコンポジット圧電体は、圧電セラミックスと内部に気泡を混入した有機高分子体を備えるコンポジット圧電体であって、圧電セラミックスおよび有機高分子体の電極を形成する面のうち、有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスと内部に気泡を混入した有機高分子体を備えるコンポジット圧電体であって、
前記圧電セラミックスおよび前記有機高分子体の電極を形成する面のうち、
前記有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を設けたことを特徴とするコンポジット圧電体。
【請求項２】
前記絶縁層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のコンポジット圧電体。
【請求項３】
前記有機高分子体と前記絶縁層の平均嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンポジット圧電体。
【請求項４】
前記絶縁層がエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコンポジット圧電体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のコンポジット圧電体に電極を形成したことを特徴とするコンポジット圧電素子。
【請求項６】
セラミックスに機械加工にて複数の溝を形成する工程と、
前記溝に所定の温度で気化する樹脂を充填する工程と、
前記樹脂が気化する温度で熱処理して気泡が混入した有機高分子体を形成する工程と、
電極を形成する工程とを経由するコンポジット圧電体の製造方法において、
有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を形成する工程を有することを特徴とするコンポジット圧電体の製造方法。
【請求項７】
前記電極を形成する工程として、
無電解メッキ工程を有することを特徴とする請求項６に記載のコンポジット圧電体の製造方法。
【請求項８】
前記無電解メッキ工程を、
７０℃以下で行うことを特徴とする請求項７に記載のコンポジット圧電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンポジット圧電体に係り、さらに詳しくは電極の欠陥、断線、剥離を生じないコンポジット圧電体とそのコンポジット圧電体の製造方法およびそのコンポジット圧電体を用いたコンポジット圧電素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加えられた変位を電気に変換したり、逆に印加された電気を変位に変換したりする圧電素子は各種のものが開発されている。本願出願人においても特許文献１に記載する、圧電セラミックスと内部に気泡を混入させた有機高分子体とを備えるコンポジット圧電素子を開発している。【０００３】
ここで、特許文献１に記載のコンポジット圧電素子は、図２（ｂ）に示す加工工程を経由することによって作製される。
すなわち、まず、セラミックスに機械加工にて複数の溝を形成する溝加工を行い、次に、この溝に所定の温度で気化する樹脂を充填する充填加工を行い、次に、この樹脂が気化する温度で熱処理して気泡が混入した有機高分子体を形成する発泡加工を行い、次に、上記セラミックスと有機高分子体のコンポジット材を必要な厚みに研磨する厚み加工を行い、次に、研磨した面、すなわち電極を形成する面に電極形成加工を行い、最後に、分極処理加工を行うことによって作製される。【０００４】
従って、特許文献１に記載のコンポジット圧電素子は有機高分子体の内部に気泡を混入させていることから、圧電素子の性能を示す電気機械結合係数を高い状態で維持しつつ、音響インピーダンスを下げることができるという長所を有している。【０００５】
なお、コンポジット圧電体は通常、１−３型、２−２型、０−３型、３−０型などのように、「圧電セラミックスが端面に出ることができるＸＹＺ方向の数−有機高分子体が端面に出ることができるＸＹＺ方向の数」を表すことによって表現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２２２４６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に記載のコンポジット圧電素子は主に超音波診断機や超音波探傷機などの送受信機の探触子として用いられている。従来においては、特許文献１の段落［００３７］に記載されているように、狭くても０．１ｍｍ程度に切断加工されて使用されることが通常であったことから特に不具合が生じることはなかった。【０００８】
すなわち、特許文献１に記載のコンポジット圧電素子は、上記の通り、有機高分子体の内部に気泡を混入させていることから、厚み加工時に有機高分子体の表面近傍が研磨されることによって、図５に示すように有機高分子体３の表面近傍に存在する気泡４が研磨されて陥没孔５が生じる場合がある。【０００９】
ただし、このように有機高分子体の表面に陥没孔ができた状態であっても、電極形成加工の工程においてこれらの陥没孔のほとんどが塞がれることから使用時に不具合を生じることはほとんどなかった。また、陥没孔が塞がれずに電極面のある特定の部位に穴が開いた状態、すなわち電極面に欠陥が生じてしまった状態であっても従来の切断幅において加工する分には他の部位に欠陥がなければ正常な通電が得られたことからも使用時に不具合を生じることはほとんどなかった。【００１０】
しかし、近年これらの探触子には、切断幅が０．１ｍｍ以下のファインピッチ加工が要求されるようになっており、かかる精密加工を実現しようとすると特許文献１に記載のコンポジット圧電素子では不具合を生じることがまれに生じていた。【００１１】
すなわち、近年要求されているファインピッチ加工を行う場合には、加工後の圧電素子の幅が短いことから、欠陥のある部位が多く存在する圧電素子がまれに発生するという問題が顕在化しつつあり、正常な通電を得ることが困難な場合がまれに発生するという問題があった。【００１２】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、電極の欠陥、断線、剥離を生じないコンポジット圧電体とそのコンポジット圧電体の製造方法およびそのコンポジット圧電体を用いたコンポジット圧電素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のコンポジット圧電体は、圧電セラミックスと内部に気泡を混入した有機高分子体を備えるコンポジット圧電体であって、圧電セラミックスおよび有機高分子体の電極を形成する面のうち、有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を設けたことを特徴とする。【００１４】
また、本発明のコンポジット圧電体は、絶縁層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする。【００１５】
さらに、本発明のコンポジット圧電体は、有機高分子体と絶縁層の平均嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。【００１６】
さらに、本発明のコンポジット圧電体は、絶縁層がエポキシ樹脂からなることを特徴とする。【００１７】
さらに、本発明のコンポジット圧電素子は、請求項１から請求項４のコンポジット圧電体に電極を形成したことを特徴とする。【００１８】
さらに、本発明のコンポジット圧電体の製造方法は、セラミックスに機械加工にて複数の溝を形成する工程と、溝に所定の温度で気化する樹脂を充填する工程と、樹脂が気化する温度で熱処理して気泡が混入した有機高分子体を形成する工程と、電極を形成する工程とを経由するコンポジット圧電体の製造方法において、有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする。【００１９】
さらに、本発明のコンポジット圧電体の製造方法は、電極を形成する工程として、無電解メッキ工程を有することを特徴とする。【００２０】
さらに、本発明のコンポジット圧電体の製造方法は、無電解メッキ工程を、７０℃以下で行うことを特徴とする。【００２１】
以下、本発明の各構成について説明する。【００２２】
本発明に用いられる圧電セラミックスは、外部から加えられた変位を電気に変換したり、逆に印加された電気を変位に変換したりすることができるものであれば、特に材質、種類には限定されない。
そして、これらの性質を持つものとしては、例えば、チタン酸バリウム系セラミックス、チタン酸鉛系セラミックス、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、ニオブ酸鉛系セラミックス、ニオブ酸リチウム単結晶、チタン酸亜鉛酸ニオブ酸鉛（ＰＺＮＴ）単結晶、マグネシウム酸ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）単結晶、チタン酸ビスマス系セラミックス、メタニオブ酸鉛系セラミックスなどが挙げられる。【００２３】
本発明に用いられる有機高分子体としては、配置された柱状の圧電セラミックスの間に充填してコンポジット圧電体を作製でき、そのコンポジット圧電体に必要な絶縁性を有するものであれば、特に材質には限定されない。
そして、これらの性質を持つものとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂や、アクリロニトリル系共重合体樹脂、アクリロニトリルスチレン系共重合体樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ＰＭＭＡ樹脂などの熱可塑性樹脂が固化した状態のものが挙げられる。
なお、有機高分子体に熱可塑性樹脂を用いた場合には、後記する無電解メッキ加工の際などに有機高分子体が軟化することがないように、これらの加工工程の加工温度以上の融点またはガラス転移点温度を有するものを用いることが好ましい。【００２４】
また、本発明に用いられる有機高分子体には気泡が混入されており、この気泡によってコンポジット圧電素子に印加して圧電セラミックスが振動する際に圧電セラミックスの振動拘束を軽減することができ、コンポジット圧電素子の性能を示す電気機械結合係数を高い状態で維持しつつ、音響インピーダンスを下げることができるという効果がある。【００２５】
ここで、気泡の混入方法としては、最終的にコンポジット圧電体となった際の有機高分子体内に気泡が充填されている状態になる方法であれば特に限定されず、予め気泡を混入した状態の有機高分子体を充填してもよいし、気泡を発生させる薬剤などを混合した樹脂などを充填し、その後、固化または硬化によって有機高分子体を形成する際に、加熱などを行うことにより有機高分子体内に気泡を発生させてもよい。
また、例えば特許第４２２２４６７号に記載されているような液体を封入した高分子樹脂粉体を用いる方法を用いてもよい。本方法は具体的には、ノルマルペンタン、ノルマルヘキサン、イソブタン、イソペンタンなどの液体を封入したアクリロニトリル系共重合体など、所定温度に加熱されることによって高分子が軟化した際に封入された液体が気化するように設計された高分子樹脂粉体を、予め圧電セラミックスの間に充填しておき、所定の温度に加熱することによって、封入された液体が気化すると共に高分子樹脂が軟化した後、冷却されることによって有機高分子体として固化することで、気化した気体を有機高分子体内に気泡として内在させる方法である。【００２６】
本発明における絶縁層は、厚み加工によって有機高分子体の表面に現れる陥没孔に充填するものであり、実質的に気泡を含まないものであれば特に限定されないが、取り扱いならびに加工が容易な点から熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂材料を用いて形成することが好ましい。
なお、コンポジット圧電体においては、一般的に電極からの電気信号をより効率的に圧電セラミックスに伝えるために圧電セラミックス以外の部分は絶縁体で構成することが好ましいが、コンポジット圧電体を作製した際においても電気機械結合係数など良好な性能が確保できる場合には必ずしも絶縁層に限定されるものではなく、導電性樹脂などを用いることもできる。【００２７】
また、本発明における絶縁層に熱可塑性樹脂を用いた場合には、有機高分子体と同様に後記する無電解メッキ加工の際などに絶縁層が軟化することがないよう、これらの加工工程の加工温度以上の融点またはガラス転移点温度を有するものを用いることが好ましい。【００２８】
さらに、この絶縁層は電極形成加工において形成される電極との密着性を確保できるものであることが好ましい。【００２９】
そして、これらの樹脂を、厚み加工による研磨を行う前などに有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に塗布し硬化させることによって絶縁層を形成する。【００３０】
本発明における絶縁層の厚みとしては、あまり厚くなりすぎると電気機械結合係数が低下し、音響インピーダンスが高くなってしまうことから、５０μｍ以下であることが好ましく、さらには３０μｍ以下であることが好ましい。【００３１】
本発明における有機高分子体と絶縁層の平均嵩密度としては、あまり高くなりすぎるとコンポジット圧電素子中のセラミックスの振動が拘束され、電気機械結合係数が低下し、音響インピーダンスが高くなってしまうことから、これらの平均嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、さらには０．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。【００３２】
本発明のコンポジット圧電体の製造方法における絶縁層を形成する加工工程は、電極の欠陥、断線、剥離を防止するものであることから、電極形成加工をする前に行う必要がある。
ここで、絶縁層を形成する加工工程は、仕様に応じた厚みに調整しやすくするために厚み加工工程の前に行うことが好ましい。すなわち、図２（ａ）に示すように、まず有機高分子体の表面に陥没孔を発生させる予備研磨加工を行った後に絶縁層を形成する加工を行い、その後に厚み加工を行うことによってコンポジット圧電体を仕様に応じた厚みに研磨する。
なお、絶縁層を形成する加工をした後であっても仕様に応じた厚みが確保できる場合には、絶縁層を形成する加工工程を厚み加工工程の後に行っても良い。【００３３】
そして、コンポジット圧電体を必要な厚みに研磨する厚み加工を行った後の研磨面すなわち電極を形成する面に電極を形成することによって、本発明のコンポジット圧電素子を作製する。【００３４】
なお、本発明のコンポジット圧電体の製造方法における電極を形成する加工工程としては、スパッタ法、蒸着法などが挙げられるが、コスト面ならびに電極密着性の観点からニッケルなどによる無電解メッキ加工を行うことが好ましい。
ここで、あまり高温で無電解メッキ加工を行うと発泡加工で形成した気泡が膨張し、厚み加工によってせっかく研磨した有機高分子体の表面に再度凹凸が発生してしまうことになることから、この無電解メッキ加工は気泡が膨張しない温度で行うことが好ましく、より具体的には７０℃以下で行うことが好ましい。【００３５】
そして、無電解メッキ加工を行った後に、必要に応じ、金を用いた電解メッキなどによる電極形成加工を行うことによって、本発明のコンポジット圧電素子を作製する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のコンポジット圧電体およびそのコンポジット圧電体を用いたコンポジット圧電素子によれば、圧電セラミックスと内部に気泡を混入した有機高分子体を備えるコンポジット圧電体であって、圧電セラミックスおよび有機高分子体の電極を形成する面のうち、有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を設けたことを特徴としているので、電極の欠陥、断線、剥離を生じないコンポジット圧電体およびコンポジット圧電素子を作製することができる。
また、厚み加工によって電極を形成する面に生じる陥没孔を絶縁層で埋めていることから、電極をより強固に有機高分子体に接着できる等圧電素子の強度をより高めることができ、切断加工などのハンドリング性を向上させるとともに、加工時の電極断線防止により有利な効果を持たせることができる。【００３７】
また、本発明のコンポジット圧電体によれば、絶縁層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴としているので、電気機械結合係数を高い状態で維持し、音響インピーダンスを下げつつ、電極の欠陥、断線、剥離を防止することができる。【００３８】
さらに、本発明のコンポジット圧電体によれば、有機高分子体と絶縁層の平均嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴としているので、電気機械結合係数を高い状態で維持し、音響インピーダンスを下げつつ、電極の欠陥、断線、剥離を防止することができる。【００３９】
さらに、本発明のコンポジット圧電体によれば、絶縁層がエポキシ樹脂からなることを特徴としているので、電極の欠陥、断線を防止するだけでなく、電極の剥離をより有効に防止し、さらに電極を形成してコンポジット圧電素子とした際にコンポジット圧電素子の強度を向上させる効果も付与することができる。【００４０】
さらに、本発明のコンポジット圧電体の製造方法によればセラミックスに機械加工にて複数の溝を形成する工程と、溝に所定の温度で気化する樹脂を充填する工程と、樹脂が気化する温度で熱処理して気泡が混入した有機高分子体を形成する工程と、電極を形成する工程とを経由するコンポジット圧電体の製造方法において、有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を形成する工程を有することを特徴としているので、電極の欠陥、断線、剥離を生じないコンポジット圧電体を作製することができる。【００４１】
さらに、本発明のコンポジット圧電体によれば、電極を形成する工程として無電解メッキ工程を有し、この無電解メッキ工程を７０℃以下で行うことを特徴としているので、樹脂の軟化を抑制するだけでなく、厚み加工によって研磨した有機高分子体の表面に凹凸を発生させることなく、電極の欠陥、断線、剥離を生じないコンポジット圧電体を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のコンポジット圧電素子の断面を示す模式図である。
【図２】本発明および従来のコンポジット圧電体およびコンポジット圧電素子の製造方法を示すフロー図である。
【図３】本発明のコンポジット圧電体およびコンポジット圧電素子の作製工程を示す模式図である。
【図４】本発明のコンポジット圧電素子の導通試験方法を示す図である。
【図５】従来のコンポジット圧電体の断面を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
まず、図１は本発明のコンポジット圧電素子の断面を示す模式図である。ここで本発明のコンポジット圧電体１およびコンポジット圧電素子２は、図１に示すように有機高分子体３の表面近傍に存在する気泡４が研磨されて生じた陥没孔５が絶縁層７によって埋められている。【００４４】
次に、本発明のコンポジット圧電体を具体的な実施例および図２、図３に基づいて詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。図２は本発明および従来のコンポジット圧電体およびコンポジット圧電素子の製造方法を示すフロー図であり、図３は本発明のコンポジット圧電体およびコンポジット圧電素子の作製工程を示す模式図である。
図２に示すように本発明のコンポジット圧電体の製造フローである図２（ａ）は、従来のコンポジット圧電体の製造フロー図である図２（ｂ）にはない予備研磨加工と絶縁層形成加工の工程を有している。【００４５】
（実施例１）
まず、ソフト系のチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス粉末（テイカ株式会社製：Ｌ−１５５Ｎ、電気機械結合係数ｋ３３：７７％、比誘電率：５７００、キュリー温度：１５５℃）を成形、脱脂した後、１２００℃で焼成し、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス焼結体を得た。得られたチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス焼結体を平面研削盤および両面研磨機にて加工して、図３（ａ）に示す長さ６０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み０．８０ｍｍの寸法の圧電セラミックス８ａを得た。【００４６】
次に、上記で作製した矩形板状の圧電セラミックス８ａの一方の辺に平行にダイシングマシーンにて３０μｍの幅のブレードを用いて１００μｍピッチで深さが０．６０ｍｍの溝９を形成し、７０μｍ×６０ｍｍ×０．６ｍｍの圧電セラミックスの角柱が複数本直立した、図３（ｂ）に示す圧電セラミックス８ｂを作製した。【００４７】
次に、図３（ｂ）に示す圧電セラミックス８ｂに形成した溝９に、ノルマルヘキサンおよびノルマルペンタンが封入されたアクリロニトリル系共重合樹脂を充填し、１６０℃で５分間熱処理することによって、図３（ｃ）に示す内部に気泡４が分散したアクリロニトリル系共重合樹脂の固化体である有機高分子体３が充填されたコンポジット圧電体１ａを作製した。【００４８】
次に、図３（ｄ）に示すように、両面研磨機にて有機高分子体３と圧電セラミックス７ｂの過剰分を取り除いて厚み調整を行い、コンポジット圧電体１ｂを作製した。なお、コンポジット圧電体１ｂの表裏面には、研磨によって、有機高分子体３の表面近傍に存在する気泡４が研磨されて生じた陥没孔５ａが形成されている。【００４９】
次に、図３（ｅ）に示すように、コンポジット圧電体１ｂの表裏面に、エポキシ樹脂（嵩密度１．３ｇ／ｃｍ３）をスキージ法により塗布し、１５０℃×６０分加熱硬化させることによりエポキシ樹脂層６を作製した。【００５０】
次に、再度両面研磨機にて最終面加工として、エポキシ樹脂層６と圧電セラミックス８ｂの過剰分を取り除き、図３（ｄ）で形成された陥没孔５ａが絶縁層７で埋められた、厚みが０．３５ｍｍ、柱状圧電セラミックスの各柱のサイズが７０μｍ×６０ｍｍ、柱状圧電セラミックスの体積率が７０％の図３（ｆ）に示す２−２型のコンポジット圧電体１を得た。【００５１】
次に、得られた７０μｍ×６０ｍｍの柱が直立した構造のコンポジット圧電体１ｃに電極を形成する目的で、上記のコンポジット圧電体１ｃに厚さ０．５μｍのニッケル無電解メッキ１０をメッキ浴温度６５℃にて施し、さらに厚さ０．５μｍの金電解メッキ１１を施した。その後、コンポジット圧電体１ｃの外周４側面に施された電極と外周不要部をダイシングマシーンにて切断加工を行い、コンポジット圧電体１の表面に電極が形成された、図３（ｇ）に示す４５ｍｍ×５ｍｍ×０．３５ｍｍの矩形板状２−２型のコンポジット圧電素子２ａを得た。【００５２】
最後に、矩形板状２−２型のコンポジット圧電素子２ａの対向する両電極間に、１ｋＶ／ｍｍの直流電圧を６０℃で印加して分極処理することによって、図３（ｈ）に示す、目的とする２−２型のコンポジット圧電素子２を得た。【００５３】
得られたコンポジット圧電素子２の幾何学的なサイズをマイクロメータとノギスにて測定し、精密天秤にて重量を測定して、コンポジット圧電素子２ｂの嵩密度を算出したところ、５．７２ｇ／ｃｍ３であった。
なお、コンポジット圧電体１ｃにおける高分子成分の嵩密度は計算上０．３７ｇ／ｃｍ３であった。また、エポキシ樹脂層の厚みをレーザー顕微鏡により測定したところ、３０μｍであった。【００５４】
（実施例２）
実施例１に対し、厚み寸法を０．４５ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様の工程にて、圧電セラミックスの体積率が７０％の２−２型コンポジット圧電素子を得た。【００５５】
（実施例３）
４５μｍ×６０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックスの角柱が複数本直立した圧電セラミックスを形成した以外は実施例１と同様の工程を経て、圧電セラミックスの体積率が６０％の２−２型コンポジット圧電素子を得た。【００５６】
（実施例４）
実施例１に対し、厚み寸法を０．１４ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様の工程にて、圧電セラミックスの体積率が７０％の２−２型コンポジット圧電素子を得た。【００５７】
（実施例５〜７）
実施例４に対し、ノルマルヘキサンおよびノルマルペンタンが封入されたアクリロニトリル系共重合樹脂の充填後の熱処理条件を変更した以外は、実施例１と同様の工程を行なうことにより、表１に示すような厚みの異なるエポキシ樹脂層を有する、圧電セラミックスの体積率が７０％の２−２型コンポジット圧電素子を得た。【００５８】
（比較例１）
実施例１と同様にして得られた７０μｍ×６０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックスの角柱が複数本直立した圧電セラミックスを作製し、この圧電セラミックスに形成した溝に、ノルマルヘキサンおよびノルマルペンタンが封入されたアクリロニトリル系共重合樹脂を充填し、１６０℃で５分間熱処理することによって、内部に気泡が分散したアクリロニトリル系共重合樹脂が固化した有機高分子体が充填されたコンポジット圧電体を作製した。【００５９】
次に、両面研磨機にて、過剰の樹脂と圧電セラミックスを取り除いて厚み調整を行い、厚みが０．３５ｍｍ、柱状圧電セラミックスの各柱のサイズが７０μｍ×６０ｍｍ、柱状圧電セラミックスの体積率が７０％の２−２型コンポジット圧電体を得た。
その後、絶縁層を設けない以外は実施例１と同様の工程を経て、圧電セラミックスの体積率が７０％で、４５ｍｍ×５ｍｍ×０．３５ｍｍの矩形板状２−２型コンポジット圧電素子を得た。【００６０】
次に、上記によって得られた実施例１〜３、比較例１の２−２型コンポジット圧電素子の厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）を算出した。具体的には、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザー４２９４Ａによって周波数−インピーダンス特性を測定し、得られた縦振動（厚み振動）の共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）をもとに、ＪＥＩＴＡ規格ＥＭ−４５０１（圧電セラミックス振動子の試験方法）に準じて算出した。また、共振周波数（ｆａ）と素子厚みから音響インピーダンスを算出した。その結果を表１にまとめた。
なお、電気機械結合係数とは、圧電素子に印加された電気エネルギーを振動などの機械エネルギーに変換したり、逆に振動などの機械エネルギーを電気エネルギーに変換したりする効率を示す係数であり、この係数が高いほど効率よく電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換できることを示している。【００６１】
次に、実施例１〜３、比較例１の２−２型コンポジット圧電素子の端辺方向にダイシングマシーンにて３０μｍの幅のブレードを用いて、５０μｍピッチで、切り込み深さを素子厚みに対して１／２の深さで溝を切り、素子分割されたアレイを形成した。
そして、各アレイについて、テスターにて導通検査を行い、導通不良アレイの発生個数を確認した。【００６２】
（導通検査）
導通検査は、図４に示すようにコンポジット圧電素子２の上端部に薄い銅箔１２を半田付けして途中までカットした後、コンポジット圧電素子２の各下端部１つ１つに電極１３を接触させて導通が確保されるか否かを検査することによって行った。その結果を表１にまとめた。【００６３】
【表１】
2011083611.tif 000003
【００６４】
表１の結果から、実施例１〜３のコンポジット圧電素子については、電気機械結合係数が高い状態を維持し、音響インピーダンスを下げられることに加えて、電極の欠陥、断線、剥離の発生を抑制出来ていることが分かる。
一方、比較例１のコンポジット圧電素子は、僅かではあるが、導通不良をおこしている素子が認められることから、ファインピッチ加工においては電極の欠陥、断線、剥離の発生を抑制することが困難であることがわかる。
なお、実施例１〜７、および比較例１のコンポジット圧電素子はいずれも音響インピーダンスが低い状態で、かつ電気機械結合係数が約６０％以上の高い状態を維持することができることから、コンポジット圧電素子としては良好な性能を有していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のコンポジット圧電体は、医療用超音波機器、空中超音波機器、水中超音波機器、固体超音波機器、その他の超音波機器などの電気信号を変位に変換するセンシング材料、加速度センサなどの変位を電気信号に変換するセンシング材料などに用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    コンポジット圧電体
１ａ  コンポジット圧電体
１ｂ  コンポジット圧電体
２    コンポジット圧電素子
２ａ  コンポジット圧電素子
３    有機高分子体
４    気泡
５    陥没孔
５ａ  陥没孔
６    エポキシ樹脂層
７    絶縁層
８    圧電セラミックス
８ａ  圧電セラミックス
８ｂ  圧電セラミックス
９    溝
１０  無電解メッキ層
１１  金メッキ層
１２  銅箔
１３  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年6月20日(2012.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスと内部に気泡を混入した有機高分子体を備えるコンポジット圧電体であって、
前記圧電セラミックスおよび前記有機高分子体の電極を形成する面のうち、
前記有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を設けたことを特徴とするコンポジット圧電体。
【請求項２】
前記絶縁層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のコンポジット圧電体。
【請求項３】
前記有機高分子体と前記絶縁層の平均嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンポジット圧電体。
【請求項４】
前記絶縁層がエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコンポジット圧電体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコンポジット圧電体に電極を形成したことを特徴とするコンポジット圧電素子。
【請求項６】
セラミックスに機械加工にて複数の溝を形成する工程と、
前記溝に所定の温度で気化する樹脂を充填する工程と、
前記樹脂が気化する温度で熱処理して気泡が混入した有機高分子体を形成する工程と、
電極を形成する工程とを経由するコンポジット圧電体の製造方法において、
有機高分子体の電極を形成する面の全部または一部に絶縁層を形成する工程を有することを特徴とするコンポジット圧電体の製造方法。
【請求項７】
前記電極を形成する工程として、
無電解メッキ工程を有することを特徴とする請求項６に記載のコンポジット圧電体の製造方法。
【請求項８】
前記無電解メッキ工程を、
７０℃以下で行うことを特徴とする請求項７に記載のコンポジット圧電体の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、本発明のコンポジット圧電素子は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコンポジット圧電体に電極を形成したことを特徴とする。
【国際調査報告】
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